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专利号: 202510229245X
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、选定需要进行故障检测的设备,在设备运作时,由传感器记录设备关键部件的实时运行信号 ;

步骤2、将信号 划分为 段,并通过优化目标函数 进一步划分 为 个子信号,规范化子信号均值为设定值 ,从而得到 的规范化信号 ;

步骤3、分解信号 至不同的频带,选取使得LSESGASG值最大的频段进行滤波,得到信号 的滤波信号 ;

所述步骤3具体按照以下步骤实施:步骤3.1、由步骤2得到信号 的规范化信号 ,构造两个准解析低通和高通分析滤波器 和 ,对 进行多级分解,设 表示第层中由第 个滤波器过滤的频段信号;

步骤3.2、对信号 进行希尔伯特变换,得到 的解析信号 :(4)

其中,为虚数单位, 是 的希尔伯特变换;

步骤3.3、根据步骤3.2得到的解析信号 ,计算 的包络 :(5)

步骤3.4、根据步骤3.3得到的包络 ,计算 的对数平方包络 :(6)

其中,为一个很小的常数值,用于避免对数函数中出现零值;

步骤3.5、根据步骤3.4得到的对数平方包络 ,计算 的对数平方包络谱基尼系数 :(7)

其中,向量 为 的升序序列, 为的信号量;

步骤3.6、设定快速傅里叶变换时的点数 , 大于等于信号长度 ,且 为2的幂次方:(8)

其中, 表示快速傅里叶变换;

步骤3.7、对信号 进行快速傅里叶变换,得到频域信号 :(9)

步骤3.8、计算频域信号 的归一化幅度谱 :(10)

步骤3.9、根据步骤3.8得到的归一化幅度谱 ,计算信号 的频谱Gini系数 :(11)

其中,向量 为 的升序序列;

步骤3.10、由步骤3.5与步骤3.9得到频段信号 的对数平方包络谱基尼系数与频谱基尼系数 ,计算 与 的综合指标 :(12)

其中, 反映了信号包络的稀疏性特征, 利用频域信息提取信号的时频特征;

步骤3.11、选取使得 最大的频段信号 ,得到对应层数 以及中心频率 ,滤波 得到信号 ,从而得到 的滤波信号 ;

步骤4、随机分割 为 个子信号并进行数据增强,输出故障检测结果 ;

所述步骤4具体按照以下步骤实施:步骤4.1、随机分割 为 个子信号并进行数据增强,生成包括 个子信号与其正负信号在内的信号集 ;

步骤4.2、压缩 为低维编码器嵌入 ;

步骤4.3、将编码器嵌入 转换为文本嵌入 ;

步骤4.4、构建软提示 作为信号 的引导信息,辅助大模型进行故障检测;

步骤4.5、选定 BERT 作为故障检测模型;

步骤4.6、定义损失函数以优化模型性能。

2.根据权利要求1所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤1具体按照以下步骤实施:选定需要进行故障检测的设备,将一个或多个传感器固定在选定设备的关键部件上,记录设备关键部件的实时运行信号 , 的矩阵表示为:(1)

其中, ,表示由第 个传感器采集的实时信号, 表示传感器总数, 表示 的信号总量, 表示传感器 采集的第 个信号。

3.根据权利要求2所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤2具体按照以下步骤实施:步骤2.1、划分 为 段,每段的信号量为 ,记划分后的信号集合为 ,为划分的第 个子段,给出 的矩阵表示:(2)

步骤2.2、定义 被 个分割点 划分为 段,令 代表 中的第个分段, , 服从高斯分布 ,依照公式(3)构建的目标函数 优化高斯参数,进而对 进行再划分,以获取 个子信号:(3)

其中, 表示正则化参数, , 为 的经验协方差;

步骤2.3、步骤2.2得到 个子信号,为了规范化信号,设定固定均值为 ,规范化每个子信号的均值为 ,从而得到信号 的规范化信号 ,其中, 表示 的规范化信号。

4.根据权利要求3所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤4.1具体如下:随机分割 为 个不重叠的子信号 , 表示第 个子信号,对子信号 进行数据增强,生成正信号 和负信号 ,最终生成包括子信号 与其正负信号在内的信号集 , 表示信号集 中的第 个子信号。

5.根据权利要求4所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤4.2具体如下:自编码器 由编码器 与解码器 两部分组成,对于步骤4.1得到的信号集,编码器 压缩信号 至具有 个特征的嵌入空间 ,并通过解码器 生成重构信号 ,嵌入空间 应使得信号嵌入实例 靠近正信号 ,同时远离负信号 ,此外,为了避免嵌入空间范围过小,应确保嵌入空间 的各特征间有足够差异,以充分涵盖信号多元信息。

6.根据权利要求5所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤4.3具体如下:大模型本身面向文本,缺乏处理信号任务的能力,为此,选择 个文本嵌入作为原型,通过对齐文本嵌入 与信号嵌入空间 ,激活大模型处理信号任务的潜能,进而获取信号 的文本嵌入为 。

7.根据权利要求6所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤4.5具体如下:选定BERT作为故障检测模型,BERT的具体架构包括输入层、多层Transformer编码器、池化层以及输出层,每层Transformer编码器包括自注意力计算模块、残差连接与层归一化模块以及前馈神经网络处理模块,使用BERT进行设备故障检测的具体步骤如下:首先,关联信号文本嵌入 与软提示 为 ,通过BERT输入层的词嵌入矩阵转换 为高维语义向量,并采用绝对位置编码技术生成具有时序关联性的特征表示;

然后,特征表示经过多层Transformer编码器建立全局依赖关系后,再经过池化层,通过特殊分类标记[CLS]的隐层状态提取出全局表征向量;

最后,全局表征向量经输出层的全连接分类器进行线性变换,并通过Softmax函数生成故障类型概率分布,输出故障检测结果 , 为健康状态 或故障状态 中的一种。

8.根据权利要求7所述的基于快速谱峭度与时间序列大模型的设备早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤4.6具体如下:定义如下损失函数以优化模型性能:(1)自编码器损失 ,用于优化自编码器 的性能,如公式(13):(13)

其中, 为相似度函数, 表示自编码器的输入总数;

(2)对比损失 ,用于优化嵌入空间 中信号之间的距离,如公式(14):(14)

其中, 用于衡量 与 之间的相似性;

(3)嵌入损失 ,用于优化嵌入空间 的不同特征,如公式(15):(15)

其中, 表示实例 的第 个特征, 和 表示 正负信号的对应特征;

(4)对齐损失 ,用于对齐文本嵌入 与信号嵌入空间 ,如公式(16):(16)

其中, 表示对齐项, 为对比项;

(5)软提示嵌入损失 ,用于优化软提示 ,如公式(17):(17)。